PIERWSZE MODELE
Od momentu ogłoszeni odkrycia błysków gamma w 1973r teoretycy dosłownie prześcigali się w tworzeniu modeli ich powstawania. Do lat 90-tych utrzymywała się sytuacja w której było o wiele więcej teorii na ich temat niż zaobserwowanych błysków (!!!). Dopiero mozolna praca satelity CGRO (lata 1991-2000) powoli zmieniła tą sytuację. Jest to dobry przykład ilustrujący jak bardzo ciekawiło astronomów (i nadal ciekawi) pochodzenie błysków gamma. Tak duża ilość modeli wynikała również z bardzo znikomego dorobku obserwacyjnego, po prostu wiedziano o błyskach tak mało, że nie można było zweryfikować prawie żadnej teorii.
Poniżej wybrano kilka najważniejszych modeli jakie wówczas powstały. Poza nimi powstało również wiele innych, lecz do czasu misji satelity CGRO nie posunięto się znacząco w zrozumieniu natury błysków gamma, poza mnożeniem rozmaitych pomysłów i domysłów.
1. Zderzenia komet w obłoku Oorta
Jednym z pomysłów było umieszczenie błysków gamma w bardzo bliskim sąsiedztwie, w obłoku jąder kometarnych, który otacza Układ Słoneczny - obłoku Oorta. Jak wiadomo znajduje się tam wiele miliardów jąder kometarnych i jest możliwe, że co jakiś czas zderzają się one ze sobą. Jak policzyli co sprawniejsi teoretycy w zderzeniu taki może powstać nawet promieniowanie gamma. Natomiast sferyczny rozkład obłoku wokół Słońca tłumaczyłby równomierne rozmieszczenie błysków na niebie.
Schemat obłoku Oorta otaczającego Układ Słoneczny. |
2. Zderzenia komet z gwiazdami neutronowymi
Inną oryginalną koncepcją jest model wiążący błyski gamma z upadkiem komet lub planetoid na gwiazdy neutronowe (!!!). Zjawisko spadku komet na Słońce było wielokrotnie obserwowane w naszym układzie planetarnym. Ponieważ gwiazdy neutronowe były kiedyś zwykłymi gwiazdami, więc mogły być tak jak Słońce okrążane przez wiele komet i planetoid. Jest również możliwe, że nawet po wybuchu supernowej część z nich przetrwa na orbicie wokół gwiazdy neutronowej, a później będą spadać na jej powierzchnię. Upadek obiektu tego rozmiaru na powierzchnię gwiazdy neutronowej jest dużo bardziej spektakularny niż upadek na powierzchnię zwykłej gwiazdy i może produkować również promieniowanie gamma.
Zdjęcie komety (z lewej strony) na krótko przez zderzeniem ze Słońcem (które jest w zasłonięte na środku). |
3. Glicze
Najpopularniejszym początkowo kandydatem na źródło błysków gamma były gwiazdy neutronowe, a najpopularniejszą teorią - glicze na ich powierzchni.
Obserwacje pulsarów (podtypu gwiazd neutronowych) pozwalają zmierzyć jak szybko obracają się te gwiazdy. Okazuje się, iż okres obrotu pulsara jest typowo pomiędzy 0.001 a 10 sekund (!!!). Rotacja ta powoduje silne spłaszczenie biegunowe gwiazdy, a dodatkowo nie jest ona niezmienna i każdy pulsar powoli zwalnia (przyczyną jest opór materii znajdującej się wokół pulsara jaki stawia ona jego polu magnetycznemu). Jak jednak wynika z obserwacji czasami zdarzają się momenty w których prędkość rotacji pulsara nieznacznie, ale w bardzo krótkim czasie wzrasta. Ilustruje to poniższy rysunek, który prezentuje zmiany okresu obrotu pulsara Vela.
Wykres zmian okresu obroty pulsara Vela w latach 1968-82. Na osi pionowej jest okres rotacji w sekundach, na poziomej u góry data w latach. |
Te nagłe przyspieszenia rotacji pulsara to właśnie glicze. Powstają one w wyniku spowalniania tempa rotacji pulsara, ponieważ maleje wówczas siła odśrodkowa działająca na powierzchnię gwiazdy i grawitacja powoduje zmniejszenie jej spłaszczenia (dąży do nadania kształtu kuli). Dzieje się to poprzez pękanie powierzchniowych warstw pulsara i ich przemieszczanie w stronę środka gwiazdy. Jest to zjawisko bardzo gwałtowne, przypominające trochę trzęsienia Ziemi i znane było już w latach 70-tych.
Policzono, że energia wydzielona w trakcie gliczu może również produkować błysk promieniowania gamma. Ponieważ jednak nie są to jakieś szczególnie duże ilości energii, więc tylko glicze w stosunkowo bliskich gwiazdach neutronowych mogły by produkować widoczne z Ziemi błyski gamma. Przypuszcza się, że większość gwiazd neutronowych znajduje się w dysku Galaktyki, a więc teoria ta przewiduje nie jednorodny rozkład błysków na niebie. Ówczesne obserwacje wskazywały wprawdzie na równomierny rozkład błysków, lecz jak wspominałem było ich niewiele, były mało dokładne i dotyczyły tylko najjaśniejszych błysków. Przypuszczano, że nowe misje kosmiczne powinny wykryć te nierównomierności.
4. Modele kosmologiczne
Równocześnie z innymi koncepcjami powstały również modele zakładające, iż błyski gamma pochodzą z bardzo odległych galaktyk. Jak wiadomo ich rozmieszczenie na niebie jest prawie idealnie równomierne, więc pasuje to do rozmieszczenia błysków gamma. Problem powstawał gdy próbowano wymyślić w jakim procesie mogłyby te błyski powstawać. Przy tak wielkich odległościach musiały by to być naprawdę niezwykle spektakularne zjawiska (produkujące więcej energii niż wszelkie inne ówcześnie znane zjawiska we Wszechświecie), żeby mogły być widoczne z orbity Ziemi przy użyciu nawet prostych detektorów gamma.
Od początku powstania modeli kosmologicznych rozwijał je i propagował polski astronom prof. Bohdan Paczyński (pracujący obecnie na Uniwersytecie Princeton). Pomimo początkowo nieprzychylnego stanowiska większości astronomów dziś już wiemy, że to właśnie teorie rozwijane przez Paczyńskiego okazały się poprawne. Bez przesady można więc napisać, iż polska astronomia ma znaczący wkład w zrozumienie natury błysków gamma.
prof. Bohdan Paczyński Polski astronom i światowy autorytet w sprawach błysków gamma. |